Расчет преобразователя абсолютного давления "Сапфир 22М"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Машиностроение входит в состав промышленности под названием «Машиностроение и металлообработка». Машиностроение создает машины и оборудование, аппараты и приборы, различного рода механизмы для материального производства, науки, культуры, сферы услуг. Металлообработка занимается производством металлических изделий, ремонтом машин и оборудования. В настоящее время машиностроение России состоит из ряда самостоятельных отраслей, куда входят свыше 350 подотраслей и производств. Машиностроительный комплекс - это совокупность отраслей промышленности, производящих разнообразные машины. Он ведущий среди межотраслевых комплексов. Это обусловлено несколькими причинами. Во-первых, машиностроительный комплекс - крупнейший из промышленных комплексов Продукция машиностроения используется во всех отраслях промышленности, следовательно, научно-технический прогресс во всех отраслях народного хозяйства материализуется через продукцию машиностроения, в особенности таких ее приоритетных отраслей как станкостроение, электротехническая и электронная промышленность, приборостроение, производство электронно-вычислительной техники. Машиностроение, таким образом, представляет собой катализатор научно-технического прогресса, на основе которого осуществляется техническое перевооружение всех отраслей промышленности России. Поэтому основное экономическое назначение продукции машиностроения - облегчить труд и повысить его производительность путем насыщения всех отраслей промышленного комплекса основными фондами высокого технического уровня [1]. Прежде всего предприятия делают ставку на технологии, которые помогут существенно сократить сроки разработки и подготовки производства новых изделий, что позволит им повысить конкурентоспособность как отдельных предприятий, так и отрасли в целом за счет более быстрого вывода на рынок новой продукции и значительно сократить затраты на разработку - а это, в свою очередь, скажется на себестоимости готовой продукции. Но это не осуществимо без высоко квалифицированного технического персонала. Машиностроение всегда было кузницей лучших конструкторских и технологических кадров, индустрией, в которой формировалась культура. Эта отрасль идет впереди других секторов промышленности в плане интереса подготовки инженеров высокого уровня [2]. Профессия инженера-технолога - одна из самых ключевых на производственных предприятиях. Если инженер-конструктор придумывает изделие, разрабатывает проект, составляет чертеж и прочую техническую документацию, то задача инженера-технолога - воплотить «задумку» конструктора в жизнь. Работа у этого специалиста очень серьезная и ответственная, ведь от того, насколько верно и точно он ее выполнит, зависит конечный результат всего производства. Инженер-технолог механического производства - это связующее звено между конструктором и производством. Свою работу он начинает с изучения конструкторской документации, обсуждает с конструктором все нюансы проекта, в случае необходимости корректирует его, чтобы сделать изготовление более технологичным и экономичным. Затем приступает к разработке технологических процессов с установлением режимов обработки и машинного времени, корректировки разработанных технологических процессов в связи с изменениями, вводимыми в конструкцию и технологию изделий.

Роль инженера-технолога, на предприятиях машиностроительного комплекса, очень высока. Этот специалист участвует во всем - от начала разработки конструкции до момента воплощения ее в металле, стараясь создать наиболее оптимальный цикл производства. Для того чтобы успешно справляться с работой ему необходимо знать производство как таковое: профессионалов, которые там работают и которым он составляет технологическое задание (токарь, слесарь, фрезеровщик, рабочий расточного участка, оператор ЧПУ); имеющееся оборудование, позволяющие изготавливать необходимую продукцию (токарные, фрезерные гибочные, слесарное, сверлильное оборудование); виды материалов. Кроме того, необходимо иметь хорошее воображение, чтобы без труда представлять деталь и процесс ее изготовления. В этой профессии также необходим опыт, но он приходит с годами. Основным требованием к претенденту должность инженера-технолога является наличие технического образования и способность в кратчайшие сроки написать технологический процесс изготовления на очень широкую и постоянно меняющуюся номенклатуру деталей [3].

Подготовкой таких кадров занимаются кафедры по специальности 151001, выпускники которых обладают знаниями в области создания новых и применения современных производственных процессов и технологий, методов проектирования, математического, физического и компьютерного моделирования; новых форм организации и управления производством; комплексной автоматизации производственных процессов, современных станков с числовым программным управлением и робототехнических систем; прогрессивных способов обработки материалов; использования вычислительной техники для исследования, проектирования и управления технологическими процессами. Дипломное проектирование направлено на проектирование новых, более совершенных технологических процессов изготовления деталей и средств технологического оснащения, обеспечивающих существенное повышение производительности труда, качества промышленной продукции, снижение ее себестоимости и ресурсоемкости. Значительное внимание должно быть уделено техническому перевооружению машиностроительного производства, максимальному использованию возможностей техники и информационных технологий в системах управления, автоматизации технологического и конструкторского проектирования, программирования процессов механической обработки [4].

1. Общая часть

1.1 Назначение и описание узла изделия

Назначение изделия

Преобразователи измерительные взрывозащищенные абсолютного давления Сапфир-22(М)-ДА предназначены для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами и обеспечивают непрерывное преобразование измеряемого параметра жидких и газообразных нейтральных и агрессивных сред в унифицированный токовый выходной сигнал дистанционной передачи. Датчик изображён на рисунке 1.

Рисунок 1 - Узел преобразователя абсолютного давления «Сапфир 22М» ( 2 - блок мембранный; 3 - гермоввод; 5 - кольцо уплотнительное; 6 - втулка; 8 - штуцер; 9 -фланец ; 10 - гайка; 16 - тензопреобразователь; 18 - болт; 20 - провод НВ; 22 - трубка, высшего сорта)

Технические данные

· Форма представления информации выходной сигнал: 0...5; 0...20; 4...20мА

· Контролируемая среда: газ, жидкость, пар

· Предельные номинальные перепады давлений 0,25…250кПа; 0,4...16МПа

· Предельно допускаемое избыточное давление (Р) 0,1...40; 16; 25МПа

· Погрешность измерения ±0,25; ±0,5%

· Питание, потребляемая мощность 36В постоянного тока; 15...42В постоянного тока (только для 4...20мА)

· Степень защиты датчиков от воздействия пыли и воды - IP65 по ГОСТ 14254.

· По устойчивости к механическим воздействиям датчики соответствуют группе исполнения V1 по ГОСТ 12997.

· Датчики предназначены для измерения разности давлений сред, по отношению к которым материалы, контактирующие с измеряемой средой, являются коррозионностойкими.

· Масса датчиков не превышает 5 кг.

Устройство и работа датчика

Датчик состоит из измерительного преобразователя и электронного преобразователя.

Измерительный преобразователь предназначен для преобразования измеряемого давления в электрический сигнал.

Измеряемый параметр подаётся в камеру измерительного преобразователя, вызывает деформацию тонзорезисторов чувствительного элемента и преобразуется в электрический сигнал.

Электронный преобразователь датчика преобразует в электрический сигнал измерительного преобразователя в унифицированный токовый выходной сигнал.

Чувствительным элементом тензопреобразователя служит пластина из монокристаллического сапфира с кремневыми плёночными тензорезисторами, прочно соединённая с металлической мембраной тензопреобразователя.

Устройство и работа преобразователя

Измерительная мембрана приварена по наружному контуру к основанию датчика (блок мембранный 2) , на котором установлен тензопреобразователь 16.

Наружный фланец 9 образует рабочую камеру датчика, герметизированную при помощи уплотнительного кольца 5.

Под воздействием разности давлений в рабочих камерах датчика происходит перемещении жёсткого центра измерительной мембраны, которое передаётся через гибкую связь к упругому элементу тензопреобразователя, вызывая изменение сопротивления его тензорезисторов. Электрический сигнал от тензопреобразователя передаётся через гермоввод 3 по проводам 20 в электронный преобразователь.

Измерительный преобразователь датчика выдерживает без нарушения работоспособности одностороннюю перегрузку предельно допускаемым рабочим избыточным давлением. Сборочный чертёж датчика представлена на рисунке 1.

1.2 Группирование деталей, подлежащих изготовлению на участке

Описание и анализ основных технологических особенностей группы деталей подлежащих обработки на проектируемом участке

Детали, подлежащие обработке на проектируемом участке должны обладать общими конструкторскими и технологическими признаками, которые представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Конструкторские и технологические признаки

Конструкторские признаки
1	Служебное назначение детали должно быть базирующим
2	Материал детали должен принадлежать группе коррозионно-стойкие стали
3	Конструктивная форма (основные поверхности, подлежащие механической обработки)
4	Габаритные размеры должны принадлежать одному диапазону размеров.
Технологические признаки
1	Маршрут обработки поверхностей
2	Используемый режущий инструмент
3	Используемые станки
4	Годовая программа выпуска

В таблице 2 представлены детали, которые соответствуют всем признакам, указанным в таблице 1, а, следовательно, подлежат обработки на проектируемом участке механической обработке.

Таблица 2 - Группа деталей представителей

3D модель детали	Конструкторские и технологические признаки	Значения
	Наименование	Фланец 08580512-50
	Материал	12Х18Н10Т
	Габаритные размеры, мм	max Ш 80 max L 50
	Масса, кг	0,5
	Наименование	Фланец 09230547-22
	Материал	10Х17Н13М2Т
	Габаритные размеры, мм	max Ш 65 max L 55
	Масса, кг	0,413
	Наименование	Штуцер 2208.108.02
	Материал	12Х18Н10Т
	Габаритные размеры, мм	max Ш 105 max L 30
	Масса, кг	0,48
	Наименование	Фланец 1220130.01
	Материал	12Х18Н10Т
	Габаритные размеры, мм	max Ш 78 max L 36
	Масса, кг	0,4
	Наименование	Фланец 15080812-35
	Материал	10Х17Н13М2Т
	Габаритные размеры, мм	max Ш 100 max L 50
	Масса, кг	0,79
	Наименование	Штуцер 1155.367.05
	Материал	08Х17Н13М2Т
	Габаритные размеры, мм	max Ш 33 max L 36
	Масса, кг	0,28

1.3 Служебное назначение детали - представителя (Фланец 08580512-50) и технические требования, предъявляемые к ней

Фланец 08580512-50 - это присоединительная деталь. При сборке узла, фланцевым концом она крепится к мембранному блоку, создавая тем самым рабочую камеру датчика, а другим концом монтируется к трубопроводу. относительно неё крепятся все остальные детали.

Анализируя сборочный чертёж изделия и чертёж детали, можно определить служебное назначение каждой из поверхностей «Фланца».



Рисунок 2 - Обозначение поверхностей детали «Фланец» для описания их служебного назначения поверхностей 1;2;3; - наружная поверхность, особого назначения нет; 4 - присоединительный резьбовой конец к трубопроводу; 5- канавка для герметичности уплотнения; 6 - кончик входит в трубопровод; 7; 14; 12 - внутренняя полость для подвода среды; 8 - проточка под резьбу; 9; 15 - резьбовые крепёжные отверстия для соединения фланца с мембранным блоком; 10 - посадочное отверстие для центрирования мембранного блока; 11; 23 - канавка под уплотнительное кольцо; 22 - торец отверстия, особого назначения нет.

2. Технологическая часть

2.1 Вводная часть (резюме)

Создание нового изделия в машиностроении -- сложная комплексная задача, связанная не только с обеспечением требуемого технического уровня этого изделия, но и с приданием его конструкции таких свойств, которые обеспечивают максимально высокие потребительские качества при приемлемой для потребителя стоимости изделия, расходы на его эксплуатацию, ремонт и утилизацию.

Определяющая роль в реализации требуемых свойств изделий машиностроения принадлежит выбору рациональных методов и средств их производства [5, с. 8]. В данном дипломном проекте, отражены следующие аспекты: 1) выделение в группу деталей с общими конструкторскими и технологическими признаками; 2) разработка проектного варианта технологического процесса изготовления одной из деталей группы, подлежащей обработке на проектируемом участке; 3) экономическое обоснование целесообразности проектного варианта технологического процесса по сравнению с заводским; 4) проектирование участка механической обработки,

Выделение деталей в группу проводится с целью: - использование одного и того же технологического оборудования для обработки группы деталей; - максимальной загрузки оборудования; - применения одного и того же режущего и измерительного инструмента при обработке унифицированных поверхностей, Разработка проектного варианта технологического процесса включает в себя: - отработка конструкции детали на технологичность; - выбор вида организации производства; - выбор и обоснование метода получения заготовки; - формирование операционно-маршрутной технологии; - выбор основного технологического оборудования; - проектирование станочных приспособлений; - анализ выбора режущего инструмента; - расчёт режимов резания при помощи, разработанной примитивной программы полу автоматизированного расчёта режимов резания по справочнику «Режимы резания для токарных и сверлильно-фрезерно-расточных станков с числовым программным управлением», авторов: В,И, Гузеев, В,А, Батуев, И,В, Сурков; - расчёт норм времени;

На группу деталей, которые объединены общими конструкторскими и технологическими признаками, проектируется участок механической обработки, Под проектированием участка подразумевается:

- определение необходимого количества основного технологического оборудования;

- рабочий состав цеха определение его численности (определение числа производственных рабочих детальным способом; определение числа производственных рабочих, вспомогательных рабочих, служащих и младшего обслуживающего персонала);

- определение размера производственной площади;

- планировка оборудования и рабочих мест на участке.

Анализ положения дел в отрасли Целью данного раздела является показать отраслевую структуру машиностроительного комплекса, охарактеризовать современное состояние комплекса, перспективы и варианты выхода из создавшейся сегодня сложной экономической ситуации [6].

Машиностроительный комплекс - это совокупность отраслей промышленности, производящих средства производства, транспорт, предметы потребления, оборонную технику.

Машиностроение включает в себя более 20 подотраслей: энергетическое, металлургическое, горношахтное и горнорудное, подъемно-транспортное, железнодорожное, химическое и нефтяное, тракторное и сельскохозяйственное, строительно-дорожное и коммунальное машиностроение, дизелестроение, электротехническую, станко-инструментальную и инструментальную промышленность, промышленность межотраслевых производств, приборостроение, промышленность средств вычислительной техники, автомобильную, подшипниковую промышленность, машиностроение для легкой и пищевой промышленности, производство санитарно-технического и газового оборудования, судостроение, авиационную промышленность, ракетостроение, промышленность вооружений и боеприпасов, радио-электронную промышленность.

В объеме выпуска машиностроительной продукции 27,4% приходится на автомобилестроение, 12,3% - на электротехнику и приборостроение, 10,3% - на тяжелое, энергетическое и транспортное машиностроение, 6% - на химическое и нефтехимическое машиностроение, 2,4% - на машиностроение для легкой и пищевой промышленности, 2,1% - на строительно-дорожное машиностроение, 1,9% - на станко-инструментальную промышленность, 1,8% - на тракторное и сельскохозяйственное машиностроение, свыше 35% - на оборонные и другие подотрасли.

В структуре промышленного производства страны удельный вес машиностроения составляет около 20% (второе место, после топливно-энергетического комплекса).

Таким образом, роль и значение машиностроительного комплекса в социально-экономическом развитии страны на данном этапе невозможно переоценить. Однако особое, определяющее значение машиностроение приобретает в свете перспектив социально-экономического развития страны.

К сожалению, приходиться констатировать, что в нынешнем состоянии предприятия российского машиностроения могут осуществлять производство конкурентоспособной продукции только для сравнительно узких сегментов рынка. По оценкам экспертов, на мировом рынке могут конкурировать в соответствующих сегментах не более 50 российских машиностроительных компаний [7].

Основные проблемы машиностроительного комплекса

Оценивая роль, структуру и состояние машиностроительного комплекса, нельзя было не затронуть проблемы, существующие в этой области.

На уровне машиностроительных предприятий к числу основных проблем следует отнести:

· критический моральный и физический износ оборудования и технологий;

· острый дефицит квалифицированных кадров вследствие относительно низкой заработной платы, падения престижа инженерно-технических и рабочих специальностей, обострения социальных проблем;

· дефицит денежных ресурсов по причине низкой рентабельности производства и низкой кредитной и инвестиционной привлекательности предприятий для реализации программ стратегических преобразований, в том числе: внедрение передовых управленческих и организационно-технических решений, модернизация производственной инфраструктуры, подготовка и привлечение квалифицированных кадров, разработка и освоение новых конкурентоспособных видов продукции и услуг;

· наличие избыточных производственных мощностей, как правило, с морально устаревшей конфигурацией и архитектурой производственных зданий (излишние габариты, высокая энергоемкость, низкая ремонтопригодность) и, соответственно, крайне высокие издержки на их содержание;

· морально устаревшую инфраструктуру производственных мощностей (промышленные коммуникации, внутризаводская транспортная и складская система, экологическая безопасность, санитарные нормы и требования (охрана труда, техника безопасности);

· морально устаревшую систему управления предприятием;

· недостаточно развитую (вплоть до полного отсутствия) систему сервиса и технической поддержки выпускаемой продукции в течение всего жизненного цикла изделия [7].

Машиностроение - последняя из стратегических отраслей России, стоящая на пороге масштабной модернизации производства. Сегодня этот процесс подстегивают развитие топливно-энергетического комплекса и металлургии, потребности во вводе генерирующих мощностей и расширении грузоперевозок. Машин и оборудования стране в основном хватает, но качественные и наиболее производительные образцы - преимущественно иностранные. Наиболее острая проблема для отечественных машиностроителей - даже не финансы: деньги на закупку современных станков и обрабатывающих центров достать можно. Проблема - окупить эти затраты (как правило, десятки миллионов долларов), не имея конкурентоспособной инжиниринговой базы. Большинство наших машиностроительных заводов не в состоянии предложить рынку качественный инновационный продукт, поэтому продолжают выпускать «железо» недорогих, но безнадежно устаревших образцов [8].

Тем не менее, несмотря на все проблемы и трудности, в России имеются все необходимые условия для опережающего развития машиностроения.

Это, прежде всего, собственные энергетическая и сырьевая база, развитая коммуникационная сеть, научный, интеллектуальный, кадровый, производственный и иные потенциалы. Но, главное, имеется ясное понимание ситуации со стороны руководства государством и политическая воля к ее изменению в лучшую сторону.

Для решения задачи такого масштаба и сложности в стране создаются существенные предпосылки [7].

Анализ положения дел на заводе «Прибор»

На заводе «Прибор», проходила производственная и преддипломная практики.

В структуре машиностроения доля продукции приборостроения составляет около 12%. Эта наукоемкая продукция является основным элементом систем автоматизации управления технологическими процессами, а также управленческого и инженерно-технического труда, информационных систем.

«Завод «Прибор» работает на рынке средств автоматизации с 1953 года. Является официальным поставщиком изделий по государственному заказу. Система качества завода «Прибор» сертифицирована на соответствие требованиям стандарта Р ИСО 9001.

В настоящее время на заводе происходят крупные преобразования 26 мая Виталий Сидоров покинул должность руководителя завода «Прибор», а с 27 мая завод возглавил Рустам Мухаметшин. Смена руководителя вносит определенные изменения в деятельность предприятия.

Заводом будут выполняться договорные обязательства по отношению к предприятию «Метран» в части поставок продукции, оказания услуг, предоставления площадей в аренду.

Ближайшей задачей, стоящей перед руководством предприятия считается принятие мер по восстановлению репутации «Прибора» как надёжного партнёра по основным трём направлениям цена, сроки, качество.

Цены

Заводом подготовлена и озвучена программа поэтапного снижения цен. Это стало возможным благодаря действиям, направленным на сокращение издержек и оптимизацию производственных процессов. данный шаг направлен на привлечение заказов и обеспечение загрузки свободных производственных мощностей. Корректировке подвергнутся цены на продукцию, изготавливаемую для других потребителей. Службой продаж и маркетинга формируется документ «ценовая политика», устанавливающий порядок определения цен и скидок.

Сроки

Снижение сроков исполнения заказов и рост показателя уровня обслуживания заказчика были достигнуты благодаря программе Lеаn.

Качество

Службой качества и производством осуществляется регулярный мониторинг показателей качества и осуществляются корректирующие воздействия. РРМ деталей и готовой продукции, поставляемых в адрес ключевых заказчиков равен нулю. Процент внутреннего брака и возвратов на доработку не превышает 2%. Заводом «Прибор» проведена работа по разработке документации системы менеджмента качества Завода. В ближайшие два месяца будет проведена сертификация системы менеджмента качества на соответствие требованиям ISO 9001 и Военного Регистра.

Особое внимание будет уделено продажам и маркетингу. Неотложные задачи: усиление команды продавцов, повышение их профессионального уровня.

Производство

Необходимо реализовать программу улучшений в производстве. Это оптимизация производственных процессов с использованием Lеаn. Внедрение систем 5S (поддержание порядка на рабочем месте) Повышение производительности труда , выполнение технико-экономических параметров при использовании нового оборудования. Отработка уже имеющихся технологических процессов, повышение уровня оснащённости производства. Совершенствование системы планирования и отчётности. Несмотря на непростую ситуацию, у завода «Прибор» есть все шансы составить конкуренцию заводам, выпускающим аналогичную продукцию [9].

2.2 Маркетинг

Российский рынок машиностроения - это совокупность рынков, отличающихся между собой как по номенклатуре и объему производимого товара, так и по степени экономической концентрации и конкурентоспособности. Это очень большой неоднородный рынок, включающий железнодорожное, металлургическое, электротехническое, станкостроительное, тракторное, автомобильное и инструментальное машиностроение, судостроение, автомобилестроение, авиастроение, приборостроение. Структура поставщиков и потребителей машиностроительной отрасли указывает на центральное положение отрасли в цепи взаимосвязанных вертикально-интегрированных товарных рынков России. Машиностроительный рынок, как никакой другой, зависим от металлургической промышленности. Наметившийся в последние годы рост промышленного производства в машиностроительном комплексе напрямую связан с подъемом металлургической промышленности. Сейчас, когда металлургическая промышленность России на подъеме, ситуация в машиностроительном комплексе меняется - тенденция скупки мелких пакетов акций предприятий машиностроительного комплекса большим количеством малоизвестных фирм из оффшорных зон сменилась на тенденцию покупки акций этих предприятий крупными российскими компаниями, прежде всего - металлургическими, и компаниями им подконтрольными. На машиностроительном рынке действует ограниченное число привлекательных компаний машиностроительного комплекса, поэтому существует корпоративная борьба за вовлечение таких предприятий в свои структуры [10].

2.3 Анализ действующего технологического процесса

2.3.1 Обоснованность способа получения исходной заготовки

В качестве метода получения исходной заготовки для детали Фланец (08580512-50) используется метод пластического деформирования, а получаемая заготовка называется штамповка.

Суть метода пластического деформирования (штамповка)

Штамповка - вид обработки металлов давлением, при котором заготовка деформируется в полости специального инструмента - штампа.

В качестве заготовок для объемной штамповки обычно применяют прокат круглого, квадратного или прямоугольного сечения, разрезанный на части требуемой длины.

Изделия, получаемые штамповкой, называются штамповками.

Штамповка - это заготовка из стали, полученные в результате деформации металла с помощью прессов, то есть методом штамповки. Производство стальных штамповок осуществляется путем горячей и холодной штамповки.

Горячая штамповка предполагает предварительный нагрев обрабатываемого металла с целью сделать его более пластичным и получать поковки даже сложной объемной формы. В результате термической обработки и воздействия прессов стальные штамповки приобретают гладкую ровную поверхность и точно соответствуют размерам, которые необходимо получить.

Технологическая схема процесса получения штампованных поковок состоит из следующих операций: разрезка прутков на мерные заготовки, нагрев заготовок, перенос в полость штампа, штамповка, обрезка заусениц (облоя), термическая обработка, осмотр, ремонт дефектов, приемка [11]. Минусы штамповки

При всей перспективности штамповки этот процесс по сравнению с ковкой имеет и некоторые недостатки.

1) Штамп - дорогостоящий инструмент, быстро изнашивается и пригоден только для изготовления поковок одного типоразмера.

Усилия для деформирования металла в штампах требуется большие. Поэтому для штамповки необходимо более мощное оборудование (молоты и прессы). Вывод

Данный метод является одним из предпочтительных и экономически целесообразным, так как позволяет получить заготовку максимально приближенную по форме к готовой детали, а следовательно с наименьшими припусками на последующую механическую обработку. Коэффициент использования материала в этом случае составляет КИ.М.=0,52, а стоимость одной заготовки 625 рублей. Штамповка по своим параметрам уступает лишь литью в оболочковые формы и высокоточному литью, но высокоточное литьё экономически не целесообразно, так как оно дорогостоящее и позволяет получить поверхности точностью по 10-11 квалитету, а большинство поверхностей детали соответствуют 14 квалитету.

2.3.2 Обзор, применяемого технологического оборудования

Станки, применяемые для механической обработки у казаны в соответствии с операциями в таблице 3.

№ операции	Наименование операции	Наименование оборудования	Год выпуска оборудования
005; 045; 070; 090; 120	Контроль	-	-
010; 095; 115	Транспортирование	-	-
015; 035;	Токарная	ТВ 16К20
020; 025; 030	Токарная с ЧПУ	16К20РФ3С32
040; 065; 085	Промывка	-	-
050	Фрезерная с ЧПУ	ЛФ260МФ3
055; 075; 077	Сверлильная	ВС 2Н125
060; 079; 080	Слесарная	-	-
082	Маркирование	-	-
100	Цинкование	-	-

Несмотря на то, что в технологическом процессе присутствуют станки с ЧПУ, это не сильно сказывается на производительности и качестве выпускаемой продукции, так как всё оборудование 1981-1987 годов, а значит физически морально устарело.

2.3.3 Анализ полноты и качества оформления комплекта документов на технологический процесс механической обработки

В комплект документов входят:

· карты технических требований и требований безопасности;

· маршрутная карта, в которой перечислены все операции с указанием норм времени, на некоторых режимов резания. На операции с использованием станков с ЧПУ указана последовательность применяемого режущего инструмента, без указания последовательности обрабатываемых поверхностей, что крайне неудобно;

· эскиз заготовки;

· карты эскизов, оформлены не на все технологические операции, на них не пронумерованы обрабатываемые поверхности. На операционных эскизах имеются все необходимые размеры, допуски формы и расположения, обозначения шероховатости (шероховатость не по ГОСТу).Эскизы содержат необходимые проекции и сечения. Обрабатываемые поверхности изделия на эскизе обведены линией толщиной 2S;

· карты наладок с указанием вида, расположения и шифра режущего инструмента;

· карты технического контроля содержат только текстовую часть, отсутствуют карты эскизов на операции контроля. Текстовая часть карт технического контроля содержит перечисление всех контролируемых размеров и отклонений формы и расположения, без указания норм времени.

2.3.4 Маршрут обработки детали в соответствии с заводским вариантом технологического процесса

Маршрут обработки представлен в таблице 4.

Таблица 4 - Маршрут обработки Фланца в соответствии с заводским вариантом

005	Заготовительная - штамповка
010	Транспортирование
015	Токарная
020	Токарная с ЧПУ
025	Токарная с ЧПУ
030	Токарная с ЧПУ
035	Слесарная	040	Промывка	045	Контроль
050	Фрезерная с ЧПУ
055	Сверлильная
060	Слесарная	065	Промывка	070	Контроль
075	Сверлильная
080	Сверлильная
079	Слесарная	080	Слесарная	082	Маркирование
085	Промывка	090	Контроль	095	Транспортирование
100	Цинкование	115	Транспортирование	120	Контроль

2.3.5 Размерный анализ действующего технологического процесса

Одним из инструментов определения рациональности являются анализ и синтез размерных связей.

В основе размерной отработки лежит анализ размерных связей, который называют обычно размерным анализом.

В данной работе рассматривается анализ детали и анализ проектного варианта технологического процесса.

Размерная схема процесса строится на базе промежуточных и окончательных размеров проставленных на операционных эскизах альбома технологической документации. Такая особенность построения требует тщательного изучения характера простановки выполняемых размеров.

Размерная схема содержит двадцать две вертикальные линии, которые на конструкторском чертеже являются поверхностями, от которых назначаются линейные размеры. По правилу размеров должно быть на один меньше - двадцать один. Проставляются размеры, которые получаются на каждой операции в отдельности при обработке поверхностей. Большое внимание уделяется припускам и напускам. Если поверхность появляется впервые, то слой металла, снятый при обработке, считается напуском. Припуски снимаются при повторной обработке поверхности.

Результаты размерного анализа смотреть в Приложении А.

2.4 Разработка проектного технологического процесса

Одним из основных принципов построения технологических процессов является принцип совмещения технических, экономических и организационных задач, решаемых в данных производственных условиях. Технологический процесс должен безусловно обеспечить выполнение всех требований к точности и качеству деталей и изделия в целом, предусмотренных чертежами и техническими условиями, при наименьших затратах труда и минимальной себестоимости.

При проектировании технологических процессов механической обработки исходными являются следующие данные: годовая программа; чертежи и технические условия на изготовление; вид заготовки, зависящий от размера партии, материала, геометрической формы и размера детали.

Разработка технологических процессов ведется по следующему плану.

1. Знакомятся с назначением изделия, изучают чертежи деталей и технические условия на их изготовление.

2. Выбирают способ получения заготовки для деталей в зависимости от размера партии и материала. Определяют размеры припусков на обработку.

3. По чертежам деталей определяют базирующие поверхности (черновые и чистовые), по которым будет производиться крепление детали. Назначают первую исходную операцию, используя правило черновых баз.

4. Последовательность и характер операций определяются конфигурацией, точностью и классом шероховатости обрабатываемых поверхностей, заданных по чертежу детали [12].

2.4.1 План производства

Годовая производственная программа выпуска деталей предопределяет организационно-технический уровень их производства.

От величины годовой производственной программы выпуска деталей зависит:

· особенности технологического процесса;

· производительность труда;

· себестоимость продукции [13];

К выбору и назначению производственной программы нельзя подходить произвольно. Ее величина всегда должна соответствовать потребностям в данной продукции.

Годовая производственная программа по изделиям, узлам и деталям устанавливается расчетным плановым заданием, которое наряду с потребностями в данной продукции учитывает производственные возможности предприятий.

Соотношение между годовой производственной программой N и плановыми потребностями в ней QК может быть:

N < Qнх (1)

N = Qнх (2)

N - годовая производственная программа;

Qнх - плановые потребности в годовой программе.

Формула 1 будет иметь место в том случае, если потребность в данных деталях удовлетворяются за счет одновременного их изготовления на нескольких предприятиях, но в конкретном случае заказ на изготовление изделий деталей «Фланец» (08580512-50) - размещает «Метран» только на заводе «Прибор», поэтому годовая программа должна полностью покрывать плановые потребности, то есть применяется формула 2.

С достаточной степенью точности потребность в данной детали можно рассчитать по формуле:

Qнх = Qк+ Qз+ Qи (3)

где Qк - количество деталей, идущих на сборку и комплектацию изделий, шт.;

Qз -- количество деталей, идущих на запасные части, шт.;

Qи -- плановая потребность в деталях для испытаний и контроля, шт..

Составляющие Qнх находят, как правило, прямым счетом по соответствующим нормативам. Например, Qк определяется с учетом годового задания по производству изделий, в которые входит данная деталь, и норматива ее применяемости по изделиям.

Потребность в запасных частях планируется в размере 3…15 % от Qк.

Для изделий одноразового применения производство запасных частей Qз не планируется;

Qи планируется в тех случаях, когда применяются разрушающие методы контроля и испытаний, после проведения которых исключается повторное использование детали. При этом величина устанавливается в размере 1…3 процентов от Qк [6].

(4)

где: б3 -норматив потребности в деталях на запасные части (3...15%);

ви- норматив потребности в деталях на испытания и контроль (1…3%);

Qк = 15 000 шт.

Qз = 0 шт.

Принимаем: Qз = 0 шт.

Qи = (1…3%) Qк = 150 … 450 шт.

Принимаем: Qи = 150 шт. Подставляя полученные значения в формулу 4 получим:

2.4.2 Выбор исходной заготовки

Перед тем как проектировать технологический процесс, желательно спроектировать исходную заготовку (вид заготовки, ее форму и размеры).

При выборе вида заготовки необходимо учитывать не только эксплуатационные условия работы детали, ее размеры и форму, но и экономичность ее производства. Если при выборе заготовок возникают затруднения, какой метод изготовления принять, тогда производят расчет технологической себестоимости заготовок, получаемых разными методами.

Для окончательного выбора метода получения заготовки, следует провести сравнительный анализ по технологической себестоимости.

В таблицах 5, 6 и 7 представлены три варианта получения заготовки для детали 08580512-50, методами штамповки на КГШП литья в оболочковые формы и размерной резки металлопроката проката, соответственно.

Таблица 5 - Получение исходной заготовки, методом штамповки на КГШП

3D - модель заготовки	Технико-экономически показатели	Масса детали, mд, кг
		0,42
		Масса заготовки, mз, кг
		0,81
		Масса отходов, mо, кг
		0,39
Эскиз заготовки		Норма расхода материала, Нр.м.
		1,1
		Коэффициент использования материала Ки.м.
		0,52
		Стоимость заготовки, Сз, руб
		625

Таблица 6 - Получение исходной заготовки, методом литья в оболочковые формы

3D - модель заготовки	Технико-экономические показатели	Масса детали, mд, кг
		0,42
		Масса заготовки, mз, кг
		0,77
		Масса отходов, mо, кг
		0,35
Эскиз заготовки		Норма расхода материала, Нр.м.
		0,9
		Коэффициент использования материала Ки.м.
		0,55
		Стоимость заготовки, Сз, руб
		582

Таблица 7 - Получение исходной заготовки, методом резки металлопроката

3D - модель заготовки	Технико-экономические показатели	Масса детали, mд, кг
		0,42
		Масса заготовки, mз, кг
		2,32
		Масса отходов, mо, кг
		1,9
Эскиз заготовки		Норма расхода материала, Нр.м.
		2,5
		Коэффициент использования материала Ки.м.
		0,18
		Стоимость заготовки, Сз, руб
		762

На основании технико-экономического расчета, был проведён сравнительный анализ рассматриваемых методов получения заготовки по следующим показателям: норма расхода материала, себестоимость заготовки и КИМ.

Сравнительный анализ показал что наименьший показатель нормы расхода материала и наибольший коэффициент использования материала будет при изготовлении заготовки методом литья в оболочковые формы.

2.4.3 Разработка проектного варианта технологического процесса

В данном дипломном проекте предусматривается проектирование единичного операционного технологического процесса.

Деталь представляет собой совокупность определённым образом расположенных поверхностей, поэтому логично работу по проектированию технологического процесса обработки детали начать с установления планов обработки (маршрутов) её отдельных поверхностей. Для каждой поверхности определяется метод выполнения и число стадий обработки [14, с. 18].

Деление технологического процесса на этапы, разделение обработки поверхностей на отдельные операции, а операции на переходы, позволяет наиболее экономичным путём обеспечить достижение заданной точности формы, размеров и качества поверхности.

Разделение процесса на этапы также целесообразно с точки зрения рационального использования технологического оборудования и рабочей силы [14, с. 19].

Проектный вариант маршрута обработки детали представлен в таблице 8.

Таблица 8 - Проектный вариант маршрута обработки Фланца

000	Заготовительная - литьё в оболочковые формы
005	Транспортирование
010	Токарная с ЧПУ	Установ А
010	Токарная с ЧПУ	Установ Б
010	Токарная с ЧПУ	Установ В

2.4.4 Выбор и расчёт потребного количества оборудования

При составлении проектного варианта технологического процесса, был заложен станок с противошпинделем и двумя револьверными головками (верхней и нижней). Такой тип оборудования позволит полностью обработать деталь на одном станке за три установа, что сократит вспомогательное время на переустановку и транспортирование детали, а также обработка на одном станке гарантирует стабильность получаемых размеров. Таким требованиям соответствует станок, технические характеристики которого представлены в таблице 9.

Таблица 9 - Технические характеристики станка

Описание станка Goodway ZL-203MC
Четырехосевой токарный обрабатывающие центр имеет две револьверные головки, расположенные симметрично относительно шпинделя, приводной инструмент, программируемую заднюю бабку или контршпиндель. Моноблочная цельнолитая станина обеспечивает превосходную жесткость конструкции.
Фирма изготовитель		Goodway
Модель станка		ZL-203MC
Внешний вид станка
Рабочий диапазон
Максимальный диаметр устанавливаемой заготовки	мм	500
Максимальный диаметр точения	мм	250
Максимальная длина точения	мм	409
Перемещение задней бабки и контршпинделя	мм	400
Перемещение по оси Х/Z	мм	175/500
Главный шпиндель / Контршпиндель
Диапазон скоростей вращения	об/мин	60 - 6000
Мощность привода шпинделя / контршпинделя	кВт	11/7,5
Дисковая револьверная головка
Количество револьверных головок	шт	2
Количество инструментальных мест	шт	1-12; 2-8
Скорость вращения приводного инструмента	об/мин	1 - 4000; 2 - 3000
Мощность двигателя приводного инструмента кВт	кВт	4,5
Габаритные размеры и вес
Размеры станка в плане	мм	3968 Ч 2130
Высота станка	мм	2106
Вес	кг	5 850

Определение потребного количества

Исходными данными для определения потребного количества оборудования и расчета потребного количества рабочих являются:

· техпроцесс обработки детали «Фланец»;

· годовая приведенная программа выпуска деталей (15 150 шт.);

· трудоемкость изготовления базовой детали (таблица 10).

Таблица 32 -Трудоемкость изготовления базовой детали

№ операции	Наименование операции	Трудоемкость операции, мин	Применяемое оборудование
000	Заготовительная	-	-
005	Транспортирование	-	-
010	Токарная с ЧПУ
015	Промывка	-	Машина моечная
020	Контроль	-	-

Для определения необходимого количества оборудования необходимо прежде определить суммарную трудоемкость обработки деталей на каждом конкретном виде оборудования. Трудоемкость обработки годовой программы на i-м типе оборудования определяется по формуле:

, ч, (5)

где - соответственно, трудоемкость обработки годовой программы и базовой детали на данном типе оборудования; Nпр - годовая приведенная программа.

Трудоемкости обработки механической обработки годовой приведенной программы составляет:

, ч

Определение необходимого количества станков для механических участков осуществляется по норме оперативного времени годового выпуска изделий, действительному фонду времени работы станка при работе в одну смену и режима работы цеха по следующей формуле [15, с. 19]:

, шт. (6)

где С - необходимое (расчётное) количество станков; Тшт - норма штучного времени на программу выпуска изделий; Fд - действительный фонд времени работы станка при работе в одну смену; m - количество рабочих смен в сутки.

, ч (7)

где F - номинальный годовой фонд времени; m - продолжительность рабочей смены, ч.; К - коэффициент использования фонда рабочего времени (К=0,98).

, ч (8)

где Нвр - норма времени на обработку одной детали, мин; D - количество одноимённых деталей подлежащих обработке, шт.

, ч

, шт.

Принимаем число станков равное 3, необходимое для изготовления партии деталей «Фланец» в количестве 15 150 штук.

Расчёт режимов резания, норм времени и выбор режущего инструмента

Размерный анализ второго проектного варианта технологического процесса

Цели, задачи и принципы размерного анализа были подробно рассмотрены в пункте 2.5.2.

Построение размерной схемы

Размерная схема строится для той же проекции размеров, которая была выбрана в первом проектном варианте технологического процесса.

Условное обозначение поверхностей (нумерация) остаётся таким же, в соответствии с рисунком 5.

Анализ полученной размерной схемы (Приложение В) подтвердил, соответствие конструкторских и технологических размеров и то, что все размеры схемы связаны и не имеют циклов.

В результате размерного анализа были найдены все замыкающие звенья в прямой и обратной задачах, также были установлены номиналы составляющих звеньев (Приложение В).

3. Конструкторская часть

3.1 Анализ выбора режущего инструмента

Современное состояние машиностроительного производства предъявляет к металлорежущему инструменту очень жесткие требования. Прежде всего, металлорежущий инструмент должен быть износостойким и прочным. Отдельный металлорежущий инструмент должен обеспечивать определенный профиль детали, а многие из них гарантировать ее точные размеры. Конструкция металлорежущего инструмента должна быть технологична и экономична.

Рабочие процессы в современных машинах характеризуются высокими значениями давлений, нагрузок, скоростей и температур. Обычные конструкционные стали в этих условиях недолговечны или вовсе непригодны, поэтому в машиностроении все большее распространение получают стали и сплавы с высокими показателями прочности, жаропрочности, жаростойкости, а также стойкости против коррозии . Основание СПГК 716581.006 именно из такого материала, а следовательно к режущему инструменту, а точнее к его материалу предъявляются особые требования. Рассмотрим чем это вызвано.

Специфика обработки резанием нержавеющих сталей

Сталь 12Х18Н10Т ГОСТ 5632-72 относится к классу жаропрочные и нержавеющие стали и сплавы, которые в свою очередь относятся к категории труднообрабатываемых материалов. Они значительно хуже поддаются обработке резанием по сравнению с обычными конструкционными сталями. Низкая обрабатываемость этих материалов определяется их физико-механическими свойствами. В этих условиях весьма важно раскрыть причины, влияющие на их обрабатываемость, и найти способы и средства увеличения производительности их обработки на металлорежущих станках.

Основная структура большинства жаропрочных и нержавеющих сталей и сплавов представляет собой обычно твердый раствор аустенитного класса с гранецентрированной кубической решеткой. При этом большая часть деформируемых жаропрочных сплавов принадлежит к типу дисперсионно твердеющих, т. е. в этих сплавах происходит выделение из твердого раствора структурной составляющей - второй фазы, отличной от его основы и рассеянной по всему объему сплава в тонкодисперсной форме. Высокая дисперсность структуры препятствует возникновению и развитию процессов скольжения, при этом сопротивление ползучести сплава повышается.

Поэтому худшая обрабатываемость жаропрочных и нержавеющих сталей и сплавов определяется другими физико-механическими и химическими свойствами и, прежде всего, структурой, механическими характеристиками, определяющими их свойства не только в исходном, но и в упрочненном состоянии и при нагреве, а также теплофизическими показателями (температура плавления, энергия активации, теплопроводность), определяющими свойства материала при повышенных температурах. Основные особенности резания жаропрочных и нержавеющих сталей и сплавов, затрудняющие их механическую обработку, следующие:

· Высокое упрочнение материала в процессе деформации резанием. Повышенная упрочняемость объясняется специфическими особенностями строения кристаллической решетки этих материалов. Характеристикой, определяющей пластичность или способность материала к упрочнению, является отношение условного предела текучести, соответствующего 0.2-процентной остаточной деформации, к пределу прочности . Чем меньше это отношение, тем более пластичен материал и тем большей работы и сил резания требует он для снятия одного и того же объема металла.

· Малая теплопроводность обрабатываемого материала, приводящая к повышенной температуре в зоне контакта, а следовательно, к активации явлений адгезии и диффузии, интенсивному схватыванию контактных поверхностей и разрушению режущей части инструмента. Эти явления не позволяют в ряде случаев использовать при обработке жаропрочных материалов недостаточно прочные инструментальные материалы, в первую очередь, твердые сплавы. Вместе с тем при использовании быстрорежущего инструмента по тем же причинам приходится принимать весьма малые скорости резания. Учитывая плохой теплоотвод при обработке жаропрочных и нержавеющих сталей и сплавов, основное значение приобретают охлаждающие свойства СОТС.

· Способность сохранять исходную прочность и твердость при повышенных температурах, что приводит к высоким удельным нагрузкам на контактные поверхности инструмента в процессе резания. Усугубляет действие этого фактора низкая теплопроводность этих материалов, благодаря чему высокая температура на контактных поверхностях не позволяет заметно снизить механические свойства по всему сечению срезаемого слоя.

· Большая истирающая способность жаропрочных и нержавеющих сталей и сплавов, обусловленная наличием в них кроме фазы твердого раствора еще так называемой второй фазы, образующей интерметаллидные или карбидные включения. Эти частицы действуют на рабочие поверхности инструмента подобно абразиву, приводя к увеличенному износу. Большое значение имеют также структурные превращения, происходящие в этих материалах в процессе пластической деформации и сопровождающиеся выпадением карбидов. Все описанные выше твердые включения совместно с высокими температурами на контактных поверхностях приводят к интенсивному абразивному и диффузионному износу режущей части инструмента, к явлениям адгезии (схватывания).

Пониженная виброустойчивость движения резания, обусловленная высокой упрочняемостью жаропрочных и нержавеющих материалов при неравномерности протекания процесса их пластического деформирования. Возникновение вибраций приводит к переменным силовым и тепловым нагрузкам на рабочие поверхности инструмента, следовательно, к микро- и макровыкрашиваниям режущих кромок. При наличии вибраций особенно неблагоприятное влияние на износ инструмента оказывают явления схватывания стружки с передней поверхностью инструмента. Учитывая рассмотренные особенности, процесс резания жаропрочных и нержавеющих сталей и сплавов протекает таким образом: вначале рабочие поверхности инструмента соприкасаются с относительно мягким, неупрочненным металлом и под их воздействием происходит пластическая деформация срезаемого слоя, сопровождаемая значительным поглощением прикладываемой извне (инструментом) энергии. При этом срезаемый слой получает большое упрочнение и приобретает свойства наклепанного металла, т. е. становится хрупким. Запас пластичности при этом в значительной мере исчерпывается и происходит сдвиг - разрушение, образование элемента стружки. Малая теплопроводность этих материалов приводит к резкому снижению отвода тепла в стружку и обрабатываемую заготовку, а следовательно, повышению температуры в зоне контакта режущей части инструмента и заготовки с активизацией процессов адгезии и диффузии. В результате этого значительно увеличиваются износ инструмента и явления налипания (схватывания), вызывающие разрушение режущих кромок. Интенсификации этих процессов способствуют повышенные механические характеристики обрабатываемого материала при высокой температуре, большая истирающая способность материалов, а также переменное воздействие этих факторов, обусловленное вибрациями.

В настоящее время существует много способов облегчения обработки резанием труднообрабатываемых материалов, в том числе жаропрочных и нержавеющих сталей и сплавов. Самыми очевидными из них являются способы, направленные на повышение стойкости применяемых режущих инструментов. Это, прежде всего, правильный выбор марки инструментального материала и геометрии режущей части инструмента, а также обязательное применение охлаждения в зоне резания с использованием различных охлаждающих сред. При обработке таких материалов необходимо и целесообразно применение инструментов, изготовленных из инструментальных материалов, обладающих более высокими режущими свойствами: более высокой красностойкостью, хорошей сопротивляемостью абразивному износу и стабильностью режущих свойств.